Canadian Journal of Soil Science

Chất lượng đất là một thước đo tổng hợp về khả năng của đất trong việc hoạt động và mức độ hiệu quả của nó, so với một mục đích sử dụng cụ thể. Chất lượng đất có thể được đánh giá thông qua một bộ dữ liệu tối thiểu bao gồm các thuộc tính của đất như kết cấu, chất hữu cơ, độ pH, mật độ khối và độ sâu rễ. Chất hữu cơ trong đất có ý nghĩa đặc biệt đối với chất lượng đất vì nó có thể ảnh hưởng đến nhiều thuộc tính khác nhau của đất bao gồm cả các thuộc tính khác của bộ dữ liệu tối thiểu. Đánh giá chất hữu cơ trong đất là một bước quan trọng để xác định chất lượng tổng thể của đất và có thể cung cấp thông tin giá trị đến mức có thể được đưa vào các bộ dữ liệu tối thiểu được sử dụng để đánh giá đất trên toàn cầu. Trong bài tổng quan này, chất hữu cơ trong đất được coi là bao gồm một tập hợp các thuộc tính thay vì là một thực thể đơn lẻ. Các thuộc tính bao gồm và sẽ được thảo luận ở đây là carbon và nitơ hữu cơ tổng số trong đất, phần nhẹ và chất hữu cơ vi mô (hạt), carbon và nitơ có thể khoáng hóa, sinh khối vi sinh vật, carbohydrates và enzyme trong đất. Những thuộc tính này liên quan đến nhiều quá trình của đất, chẳng hạn như những quá trình liên quan đến việc lưu trữ dinh dưỡng, hoạt động sinh học và cấu trúc đất, và có thể được sử dụng để thiết lập các bộ dữ liệu tối thiểu khác nhau để đánh giá chất lượng chất hữu cơ trong đất. Từ khóa: Hoạt động sinh học, bộ dữ liệu tối thiểu, lưu trữ dinh dưỡng, chất hữu cơ trong đất, chất lượng đất, cấu trúc đất

Nấm mycorrhiza hình chóp là những yếu tố quan trọng của chất lượng đất thông qua ảnh hưởng của chúng đến sinh lý của cây chủ, các tương tác sinh thái trong đất, và đóng góp của chúng vào việc duy trì cấu trúc đất. Sự cộng sinh này đang đối mặt với nhiều thách thức trong các hệ sinh thái nông nghiệp; do đó, để thông tin cho các chiến lược quản lý bền vững, việc hướng tới hiểu biết cơ chế về các đóng góp của nấm mycorrhiza hình chóp cho chất lượng đất trở thành một ưu tiên cao. Bài tổng quan này tập trung vào protein đất liên quan đến glomalin (GRSP), các bể carbon đất được xác định theo cách vận hành đã được liên kết với nấm mycorrhizal hình chóp (AMF). Trong khi thảo luận về bể protein này, chúng tôi đề xuất một thuật ngữ mới được sử dụng để mô tả các phân số của protein đất và glomalin. Nồng độ GRSP trong đất có tương quan dương với độ ổn định nước của các cụm đất. GRSP có sự thay đổi tương đối chậm trong đất, đóng góp vào những tác động lâu dài lên sự kết tụ. Các yếu tố kiểm soát sản xuất GRSP ở mức độ hiện tượng và cơ chế được đánh giá. Trong khi còn có những khoảng trống lớn trong kiến thức của chúng ta về GRSP và glomalin (đặc biệt ở mức độ sinh hóa), kết luận được rút ra là nghiên cứu về GRSP mang lại nhiều triển vọng cho việc nâng cao hiểu biết của chúng ta về cấu trúc và chất lượng đất, để thông tin cho các phương pháp quản lý phù hợp, và như là nền tảng cho các ứng dụng sinh học công nghệ mới trong nông nghiệp và hơn thế nữa. Từ khóa: Glomalin, GRSP, cấu trúc đất, cách sử dụng đất, phục hồi, protein đất, bền vững, nấm mycorrhiza hình chóp

Khối lượng và tỷ lệ luân chuyển của sinh khối và carbon hữu cơ hòa tan trong nước (WSOC) đã được đo tại các thửa đất Breton nơi có tư liệu quản lý dài hạn của đất Gray Luvisol. Các thửa đất (đối chứng, bón phân chuồng và NPKS) đã được trồng theo chu kỳ cây lúa mì-nghỉ hoặc chu kỳ cây lúa mì-yến mạch-lúa mạch-thức ăn-thức ăn trong 50 năm đã được lấy mẫu 13 lần trong các năm 1981 và 1982. Carbon sinh khối và khí nitơ vi sinh vật đã được đo bằng kỹ thuật xông chloroform. Năng suất cây trồng lâu dài đã được sử dụng để xác định nguồn carbon cho các thửa đất. Phân tích hồi quy đã được sử dụng để liên hệ giữa sự biến động theo mùa của các điều kiện môi trường và động lực sinh khối cùng với động lực WSOC. Việc tái nhiễm với đất là không cần thiết nhưng Lysobacter sp. tạo thành tỷ lệ cao hơn của các mẫu phân lập sau khi ủ đất xông hơi so với các mẫu không xông hơi. Rất có khả năng rằng việc tái nhiễm với Lysobacter sp. sẽ cung cấp các kiểm định sinh học chuẩn hóa hơn. Chu kỳ 5 năm có 38% lượng nitơ nhiều hơn nhưng 117% nitơ vi sinh vật nhiều hơn so với chu kỳ 2 năm, và các phương pháp bón phân chuồng có chứa gấp đôi lượng nitơ vi sinh vật so với các thửa đất NPKS hay đối chứng. Một hiệu ứng quản lý đối với chất lượng chất hữu cơ trong đất được chỉ ra. Tỷ lệ luân chuyển trung bình của sinh khối nằm trong khoảng 0.2–3.9 năm⁻¹; nhanh hơn 1.5–2 lần trong chu kỳ 2 năm so với chu kỳ 5 năm. Việc bổ sung thành phần WSOC sẽ phải xảy ra 26–39 lần năm⁻¹ để cung cấp sự luân chuyển của vi sinh vật. Hầu hết sinh khối phải ở trong trạng thái ngủ nghỉ vì lượng carbon hàng năm đầu vào ít hơn hai bậc so với yêu cầu năng lượng duy trì. Các biến đổi theo mùa trong sinh khối có mối liên hệ nhất quán nhất với tổn thất trong quá trình khô kiệt và tái sinh khi được làm ẩm. Tái sinh dường như là một khoản chi phí cho carbon hữu cơ trong đất bản địa. Các thực hành quản lý và điều kiện môi trường do đó ảnh hưởng đến lượng chất hữu cơ bằng cách kiểm soát cả đầu vào carbon và luân chuyển sinh khối. Từ khóa: Các chu kỳ cây trồng, Luvisol, chất hữu cơ, sinh khối, carbon hòa tan, các đoạn đất Breton

Larney, F. J. và Angers, D. A. 2012. Vai trò của vật liệu hữu cơ trong việc cải tạo đất: Một bài tổng quan. Can. J. Soil Sci. 92: 19–38. Một nguyên tắc cơ bản của quản lý đất bền vững là các hoạt động hiện tại của con người không gây hại cho các thế hệ tương lai. Đất đai bị suy thoái bởi các sự kiện tự nhiên (xói mòn) hoặc hoạt động công nghiệp. Một đặc điểm phổ biến của đất bị suy thoái hoặc bị xáo trộn là thiếu hụt chất hữu cơ so với các khu vực không bị xáo trộn lân cận. Các vật liệu hữu cơ, chẳng hạn như phân gia súc, bùn thải, sản phẩm phụ từ nhà máy sản xuất giấy, chất thải gỗ và phế liệu nông nghiệp, được sản xuất nhiều ở Canada và có thể được sử dụng rộng rãi trong việc cải tạo đất. Sản xuất bùn thải khoảng 0.5 Tg mỗi năm (trọng lượng khô); bùn nhà máy giấy được tạo ra ở tỉnh Quebec khoảng 2 Tg (trọng lượng ướt) vào năm 2002. Bài viết tổng quan này xem xét các cơ chế mà thông qua đó vật liệu hữu cơ ảnh hưởng đến tính chất đất (vật lý, hóa học, sinh học) và mô tả vai trò của vật liệu hữu cơ trong việc cải tạo, nhấn mạnh các loại vật liệu và tỷ lệ áp dụng cho việc cải thiện đất và sản xuất sinh khối. Việc áp dụng một lần lớn các vật liệu hữu cơ có thể thúc đẩy quá trình cải tạo ban đầu và dẫn đến năng suất sơ cấp tự duy trì. Các vật liệu hữu cơ dễ phân hủy có thể cung cấp hiệu ứng ngay lập tức, nhưng tạm thời, trong khi đó, các vật liệu ổn định, ít phân hủy hơn có thể mang lại hiệu ứng lâu dài hơn. Việc sử dụng vật liệu hữu cơ cho việc cải tạo là có lợi cho cả hai bên, trong đó các sản phẩm thải từ nông nghiệp, lâm nghiệp và đô thị giúp các lĩnh vực khác đạt được mục tiêu cải tạo đất của họ.

Các hệ thống canh tác dựa trên đậu có thể giúp gia tăng năng suất cây trồng và nồng độ chất hữu cơ trong đất, từ đó nâng cao chất lượng đất, đồng thời có lợi ích bổ sung là lưu giữ carbon từ khí quyển. Để đánh giá tác động của 35 năm canh tác ngô đơn canh và canh tác dựa trên đậu đến nồng độ carbon trong đất và sự giữ lại của phụ phẩm, chúng tôi đã đo lường carbon hữu cơ và độ phong phú tự nhiên của ¹³C trong đất dưới các hệ thống: ngô (Zea mays L.) có phân bón và không có phân bón, cả trong hệ đơn canh và luân canh [ngô-yến mạch (Avena sativa L.)-đậu alfalfa (Medicago sativa L.)-đậu alfalfa]; các hệ thống cỏ liên tục (Poa pratensis L.), có phân bón và không có phân bón; và dưới rừng. Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) trạng thái rắn ¹³C được sử dụng để đặc trưng hóa hóa học của chất hữu cơ trong phụ phẩm thực vật và đất. Các mẫu đất (độ sâu 70 cm) dưới hệ thống canh tác ngô có khoảng 30-40% carbon ít hơn và hệ thống cỏ liên tục có khoảng 16% carbon ít hơn, so với đất dưới rừng lân cận. Sự khác biệt định tính trong phụ phẩm cây trồng rất quan trọng trong các hệ thống này, vì sự khác biệt định lượng về năng suất sơ cấp ròng và đầu vào carbon trong các agroecosystem khác nhau không giải thích cho sự khác biệt quan sát được trong tổng nồng độ carbon của đất. Chuỗi canh tác (tức là, luân canh hoặc đơn canh) có tác động lớn hơn đến nồng độ carbon trong đất hơn là việc áp dụng phân bón. Sự khác biệt về nồng độ carbon trong đất giữa các hệ thống ngô luân canh và đơn canh là khoảng 20 Mg C ha^-1. Tác động của việc bón phân đến carbon trong đất là nhỏ (~6 Mg C ha^-1), và sự khác biệt chỉ được quan sát trong hệ thống đơn canh. Các kết quả NMR cho thấy thành phần hóa học của chất hữu cơ ít bị ảnh hưởng bởi tính chất của phụ phẩm cây trồng được trả lại đất. Tổng số lượng carbon trong đất xuất phát từ ngô là khác nhau trong mỗi hệ thống, vì số lượng phụ phẩm từ ngô trở lại đất là khác nhau; vì vậy, carbon trong đất có nguồn gốc từ ngô dao động từ 23 Mg ha^-1 trong đất có phân bón và 14 Mg ha^-1 trong đất không có phân bón (tức là, sau 35 vụ mùa ngô) đến 6-7 Mg ha^-1 trong cả đất luân canh dựa trên đậu đã được bón phân và không. Tỷ lệ carbon từ phụ phẩm ngô được trả lại đất và giữ lại như carbon hữu cơ trong đất (tức là, Mg carbon trong đất có nguồn gốc từ ngô/Mg phụ phẩm ngô) là khoảng 14% cho tất cả các hệ thống canh tác ngô. Số lượng C3-C dưới lớp cày trong hệ thống luân canh dựa trên đậu lớn hơn 40% so với trong hệ thống đơn canh và khoảng giống nhau với cả đất cỏ liên tục hoặc rừng. Chất hữu cơ trong đất dưới lớp cày trong đất dưới hệ thống luân canh dựa trên đậu dường như ở dạng có khả năng chống lại phân hủy sinh học tốt hơn (tức là, có hàm lượng carbon thơm cao hơn) so với dưới hệ thống đơn canh. Việc giữ lại carbon từ phụ phẩm ngô như chất hữu cơ trong đất lớn hơn từ bốn đến năm lần dưới lớp cày so với bên trong lớp cày. Chúng tôi kết luận rằng chất lượng phụ phẩm đóng một vai trò chủ chốt trong việc gia tăng việc giữ lại carbon trong đất trong các agroecosystem và rằng đất dưới hệ thống luân canh dựa trên đậu có xu hướng "bảo quản" tốt hơn carbon từ phụ phẩm, đặc biệt là từ các đầu vào từ rễ, hơn là đất dưới hệ thống đơn canh. Từ khóa: Carbon trong đất, độ phong phú tự nhiên của ¹³C, cộng hưởng từ hạt nhân ¹³C, canh tác ngô, đậu, carbon rễ

Sản xuất từ rễ cây là nguồn chính cung cấp carbon vào đất Chernozemic. Ảnh hưởng của thành phần hóa học ban đầu của rễ ba loài cỏ đến quá trình phân hủy đã được nghiên cứu trong một thí nghiệm ươm trong điều kiện phòng thí nghiệm. Rễ của loài Stipa comata Trin. và Rupr., Stipa spartea Trin. var. curtiseta Hitchc., và Festuca scabrella Torr. được ươm ở nhiệt độ 28°C trong 47 tuần. Sự sản xuất khí carbon dioxide và phần trăm mất mát carbohydrate có mối quan hệ nghịch với [(C:N) (% lignin)] (% carbohydrate^−½). Phần trăm mất mát lignin, tuy nhiên, tỷ lệ thuận trực tiếp với yếu tố này. Mối quan hệ này cũng được tìm thấy phù hợp với dữ liệu trong tài liệu trước đây. Tỷ lệ phân hủy dường như chậm hơn trong phòng thí nghiệm khi không có đất so với tỷ lệ phân hủy báo cáo trong đất nông trường. Dữ liệu được thảo luận với tham chiếu đến động lực học của chất thải thực vật và chất hữu cơ trong hệ thống đất. Có giả thuyết rằng ảnh hưởng của đất trong việc kiểm soát phân hủy có thể lớn như ảnh hưởng của cơ chất.

Để thực hiện cam kết theo Nghị định thư Kyoto, các quốc gia có thể lựa chọn các bể chứa carbon nông nghiệp để bù đắp cho lượng phát thải từ các lĩnh vực khác, nhưng cần phải xác minh sự thay đổi trữ lượng carbon hữu cơ trong đất (SOC). Chúng tôi tóm tắt những vấn đề mà chúng tôi coi là rào cản đối với việc thu được các phép đo chính xác về sự thay đổi SOC, bao gồm: độ sâu của đất, mật độ thể tích và khối lượng đất tương đương, sự đại diện của các thành phần cảnh quan, thiết kế thí nghiệm, và trạng thái cân bằng của SOC. Nếu không xem xét toàn bộ chiều sâu cày, tỷ lệ lưu trữ SOC dưới phương pháp canh tác bền vững so với canh tác truyền thống có thể bị thổi phồng. Mật độ thể tích phải được đo để báo cáo trữ lượng SOC trên cơ sở diện tích. Quan trọng hơn, cần báo cáo trữ lượng SOC trên cơ sở khối lượng tương đương để chuẩn hóa tác động của quản lý lên mật độ thể tích. Hầu hết các thí nghiệm so sánh SOC dưới các phương thức quản lý khác nhau đều được thực hiện trong các ô thí nghiệm nhỏ, phẳng. Mặc dù các kết quả thu được từ những thí nghiệm dài hạn này đã hữu ích trong việc phát triển và xác thực các mô hình dự đoán SOC, chúng không xem xét đầy đủ các tác động của cảnh quan. Các thiết kế thí nghiệm nông nghiệp truyền thống có thể không hiệu quả trong việc đánh giá các thay đổi nhỏ trong trữ lượng SOC giữa sự biến đổi không gian lớn. Các thiết kế mẫu được đề xuất nhằm cải thiện độ tin cậy thống kê và tính nhạy trong việc phát hiện các thay đổi trong trữ lượng SOC trong khoảng thời gian ngắn.

Các biến đổi và tổn thất photpho trong đất đã được đo đạc ở ba hồ sơ đại diện cho một gradient môi trường từ đồng cỏ tới rừng: một mẫu đất Calcareous Brown, một mẫu đất Orthic Black và một mẫu đất Orthic Gray Luvisol. Một quy trình tách chiết tuần tự đã được sử dụng để đo các dạng khác nhau của cả photpho vô cơ (P_i) và photpho hữu cơ (P_o) có trong các lớp đất. Độ di động của các anion phosphate và một số hợp chất (P_o) được chọn (glucose 6-phosphate, choline phosphate và adenosine triphosphate) đã được ước lượng thông qua các thí nghiệm pha loãng đồng vị và cho thấy rằng tất cả các hợp chất P_o được thử nghiệm có độ di động cao hơn so với các anion phosphate trong các lớp đất B; ngoài ra, P_o chiếm ưu thế hơn P_i trong các dung dịch chiết xuất từ nước của các loại đất này. Một phương pháp tiếp cận khối lượng cân bằng (Chỉ số Phát sinh đất) kết hợp các tham số mật độ khối lượng theo chiều sâu trong việc đo thành phần của các lớp đất đã được sử dụng để tính toán tổn thất của P_t và apatite-P (HCl-P_i). Cả hai loại đất đồng cỏ đều có hành vi tương tự; chúng đã mất 500–550 kg P ha⁻¹ (20%) lượng P_t ban đầu và 30% phần HCl-P_i ban đầu đã bị biến đổi thành các dạng P khác nhau hoặc bị tổn thất khỏi lớp đất. Tổn thất của P_t (3020 kg P ha⁻¹: 41%) và của HCl-P_i (70%) cao hơn nhiều trong mẫu đất Gray Luvisol. Vì tổn thất của P_t không thể do sự rửa trôi của các anion phosphate qua hồ sơ, nên tầm quan trọng của P_o trong việc rửa trôi P cần được xem xét cùng với sự chảy tràn bề mặt trong việc xác định số phận của P trong các loại đất này. Các từ khóa: Chỉ số phát sinh đất, cân bằng khối lượng P, phân đoạn P, rửa trôi P hữu cơ, độ di động của P

Phân bón hữu cơ được biết đến là có khả năng làm tăng phát thải khí N₂O trong đất thông qua việc kích thích quá trình nitrat hóa và khử nitrat. Mục tiêu của nghiên cứu này là so sánh những phát thải khí N₂O trên bề mặt đất sau khi bón phân từ phân bò tươi dạng lỏng và dạng rắn trên đất thịt và đất sét trồng ngô silage. Phân đã được bón trong 2 năm liên tiếp với mức tương đương 150 kg N tổng/ha và được so sánh với một biện pháp đối chứng tương ứng nhận mức văn hóa N tổng hợp. Sự xung phong khí N₂O trên bề mặt đất, nhiệt độ đất, và hàm lượng nước, nitrat và amoni trong đất đã được giám sát hàng tuần tại các ô phân bón và ô đối chứng. Từ 60 đến 90% tổng phát thải khí N₂O theo mùa xảy ra trong 40 ngày đầu sau khi bón phân và phân bón tổng hợp, cho thấy rằng ngoài khoảng thời gian này, một hoặc nhiều yếu tố đã hạn chế phát thải N₂O. Thời gian phát thải cao hơn sau khi bón phân và phân bón tổng hợp tương ứng với giai đoạn mà hàm lượng N khoáng trong đất lên cao nhất (lên tới 17 g NO₃⁻-N m^-2) và không gian lấp đầy bằng nước trong lỗ rỗng (WFPS) vượt quá 0.5 m³ m^-3. Sự thiếu hụt dòng khí N₂O đáng kể sau này trong mùa sinh trưởng mặc dù mức WFPS cao cho thấy rằng tác động kích thích của các phụ phẩm N hữu cơ và tổng hợp lên sản xuất N₂O trong đất là có thời gian tương đối ngắn. Việc bón phân silage ngô bằng phân bò tươi đã dẫn tới phát thải N₂O cao hơn hoặc tương đương so với việc sử dụng N tổng hợp. Điều này đã được quan sát mặc dù hàm lượng N khoáng tổng thể trong đất có sử dụng phân bón thấp hơn, cho thấy rằng các yếu tố khác bị ảnh hưởng bởi phân, có thể là thêm các cơ chất C và sự hô hấp đất được cải thiện, đã dẫn đến khử nitrat nhiều hơn và sản xuất N₂O cao hơn. Năng suất ngô silage trong đất bón phân thấp hơn so với đất nhận phân N tổng hợp, cho thấy rằng phát thải N₂O trên mỗi kilogram sinh khối thu hoạch cao hơn đối với phân so với phân N tổng hợp. Kết quả của chúng tôi cũng cho thấy rằng nguồn chính phát thải N₂O là nitrat hóa trong đất thịt và khử nitrat trong đất sét. Không có sự khác biệt rõ ràng về phát thải N₂O giữa phân bón dạng lỏng và dạng rắn. Những tác động khác nhau của việc bổ sung phân bón dạng lỏng và dạng rắn được báo cáo trong tài liệu về phát thải N₂O trong đất có thể do thành phần khác nhau của chính các loại phân cũng như do sự tương tác với các yếu tố khác như môi trường đất và các phương pháp canh tác. Cần có sự đặc trưng tốt hơn về khả năng sẵn có của C và N trong phân để đánh giá tác động của việc bón phân lên phát thải N₂O trong điều kiện thực địa. Từ khóa: Khí nhà kính, N₂O, ngô, phân bón

Ảnh hưởng của việc xới đất lên môi trường đất cho thấy nó có thể tác động đến độ sâu rễ và phân bố rễ. Trong nghiên cứu này, độ sâu rễ và phân bố khối lượng rễ của cây ngô (Zea mays L.) đã được so sánh dưới hai phương pháp xới đất: truyền thống và bảo tồn (xới bằng cày, xới gò, không xới) trên đất cát pha và đất sét pha tại Ottawa, Ontario. Độ sâu và phân bố rễ trong các khoảng dọc 0.10 m trong giai đoạn sinh trưởng đã được ước tính bằng một sự kết hợp giữa việc khai thác lớp mặt đất (0–0.10 m) và lấy mẫu trụ có đường kính 0.05 m ở trong hàng và giữa hai hàng trong suốt 3 năm. Một mô hình hàm mũ đã được sử dụng để điều chỉnh dữ liệu phân bố khối lượng rễ đã được chuẩn hóa theo mật độ rễ tổng cộng được tính trên tất cả các khoảng và độ sâu rễ tối đa trong hồ sơ. Độ ẩm đất, nhiệt độ, sức kháng cơ học và mật độ khối lượng đã thay đổi tùy thuộc vào phương pháp xới đất, nhưng sự khác biệt không liên quan đến phân bố khối lượng rễ. Độ sâu rễ đã thay đổi theo loại đất, năm và phương pháp xới, với độ sâu rễ gia tăng liên quan đến việc xới đất nhiều hơn và độ ẩm giảm trong các lớp đất bề mặt. Ngược lại, một mô hình hàm mũ chung đã được tìm thấy phù hợp với dữ liệu phân bố khối lượng rễ đã được chuẩn hóa dưới tất cả các phương pháp xới đất. Dữ liệu của chúng tôi cho thấy rằng việc mô phỏng phân bố khối lượng rễ dưới tất cả các thực hành xới đất là khả thi nếu biết độ sâu rễ và mật độ khối lượng rễ của lớp đất bề mặt. Từ khóa: Ngô, điều chỉnh mô hình, phân bố rễ, xới đất, Zea mays